RU2458036C1

RU2458036C1 - Method of producing isoprene

Info

Publication number: RU2458036C1
Application number: RU2010152316/04A
Authority: RU
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение ЕВРОХИМ"
Priority date: 2011-04-05
Filing date: 2011-04-05
Publication date: 2012-08-10

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to a method of producing isoprene via liquid-phase reaction of isobutylene and formaldehyde or substances which are sources thereof, for example, 4,4-dimethyl-1,3-dioxane and trimethyl carbinol, in the presence of an aqueous solution of an acid catalyst at temperature 140-180°C and pressure 0.8-1.6 MPa in a reaction-separation apparatus, having a heat input zone, a contacting zone, successive separation zones, a reaction mass circulation loop with extraction of reaction products and a balance amount of water from the separation zone in form of a vapour stream with subsequent cooling, condensation and separation, feeding the liquid stream of the aqueous solution of catalyst for extraction and sequent return into a heating zone, wherein pressure in the reaction zone is kept higher than pressure of saturated water vapour corresponding to temperature in the reaction zone, characterised by that pressure in the separation zones is kept higher than pressure of saturated water vapour corresponding to contacting temperature, wherein the reaction stream from the contacting zone is fed into the first separation zone without throttling, from which the vapour stream enters the gaseous part of the second separation zone with drop of pressure by 0.05-0.4 MPa with subsequent output for cooling and condensation, and the liquid stream from the first separation zone is fed into the liquid part of the second separation zone, from which 30-70% of the liquid stream separated from high-boiling organic compounds is returned to the reaction-separation apparatus, and the remaining part of the liquid stream is fed for cooling, extraction and recirculation into the reaction-separation apparatus.

EFFECT: low power consumption.

1 cl, 2 dwg, 6 ex, 1 tbl

Description

Изобретение относится к способам получения изопрена из изобутилена и формальдегида или веществ, являющихся его источниками, например, 4,4-диметил-1,3-диоксана и триметилкарбинола.The invention relates to methods for producing isoprene from isobutylene and formaldehyde or the substances that are its sources, for example, 4,4-dimethyl-1,3-dioxane and trimethylcarbinol.

Изопрен находит широкое применение в качестве мономера для получения каучуков по свойствам, близким к натуральному, а также в органическом синтезе.Isoprene is widely used as a monomer for the production of rubbers by properties close to natural, as well as in organic synthesis.

Известен ряд способов получения изопрена конденсацией изобутилена и формальдегида или веществ, являющихся его источниками, например, 4,4-диметил-1,3-диоксана и триметилкарбинола, в присутствии водного раствора кислотного катализатора, осуществляемых при повышенной температуре и повышенном давлении в одну или несколько ступеней контактирования, с отгонкой на последней ступени контактирования легкокипящей части продуктов реакции и воды в реакционно-разделительных аппаратах различной конструкции, как правило, включающих зону подвода тепла, реакционную зону, зону сепарации и контур циркуляции [патенты РФ №№2098398, 2128638, 2266888, 2261855, 2332394].There are a number of methods for producing isoprene by condensation of isobutylene and formaldehyde or the substances that are its sources, for example, 4,4-dimethyl-1,3-dioxane and trimethylcarbinol, in the presence of an aqueous solution of an acid catalyst, carried out at elevated temperature and elevated pressure in one or more contacting stages, with distillation at the last contacting stage of the low-boiling part of the reaction products and water in the reaction separation apparatus of various designs, usually including a supply zone la, reaction zone, separation zone and a circulation circuit [Russian Patent №№2098398, 2,128,638, 2,266,888, 2,261,855, 2,332,394].

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ получения изопрена, описанный в патенте РФ №2339605, заключающийся в жидкофазном взаимодействии триметилкарбинола или его водных растворов и формальдегида или веществ, являющихся его источниками, например, 4,4-диметил-1,3-диоксана, в присутствии водного раствора кислотного катализатора при повышенной температуре и давлении в одну или несколько ступеней контактирования с использованием на последней ступени контактирования реакционно-разделительного аппарата, включающего зону подвода тепла, реакционную зону и зону сепарации, отбора продуктов реакции и воды из зоны сепарации в виде парового потока с последующим охлаждением, конденсацией и разделением, выводом жидкого потока водного раствора катализатора на экстракцию с последующим возвратом в зону нагрева, причем давление в реакционной зоне поддерживают выше, чем давление насыщенных паров воды, соответствующее температуре в реакционной зоне, а давление в зоне сепарации выдерживают ниже, чем давление насыщенных паров воды, соответствующее температуре в реакционной зоне, осуществляя дросселирование реакционного потока при переходе из реакционной зоны в зону сепарации.Closest to the claimed invention is a method for producing isoprene described in RF patent No. 2339605, which consists in the liquid-phase interaction of trimethylcarbinol or its aqueous solutions and formaldehyde or substances that are its sources, for example, 4,4-dimethyl-1,3-dioxane, in the presence of an aqueous solution of an acid catalyst at an elevated temperature and pressure in one or more contacting stages using a reaction separation apparatus including a zone under heat water, the reaction zone and the separation zone, the selection of reaction products and water from the separation zone in the form of a steam stream, followed by cooling, condensation and separation, withdrawing a liquid stream of an aqueous solution of the catalyst for extraction and then returning to the heating zone, the pressure in the reaction zone being maintained higher than the saturated water vapor pressure corresponding to the temperature in the reaction zone, and the pressure in the separation zone is kept lower than the saturated water vapor pressure corresponding to the temperature in the reaction second zone, carrying out the reaction flow choking in the transition from the reaction zone into the separation zone.

При этом в реакционной зоне поддерживают температуру 140-180°C и давление 0,8-2,5 МПа, а в зоне сепарации давление 0,12-1,2 МПа.In this case, the temperature of 140-180 ° C and the pressure of 0.8-2.5 MPa are maintained in the reaction zone, and the pressure is 0.12-1.2 MPa in the separation zone.

Используемый реакционно-разделительный аппарат содержит зону подвода тепла, зону контактирования и зону сепарации, которые могут быть выполнены в виде единого целого, либо составлять отдельные части аппарата.The reaction-separation apparatus used comprises a heat supply zone, a contacting zone and a separation zone, which can be made as a whole, or form separate parts of the apparatus.

К недостаткам известного способа получения изопрена следует отнести недостаточно высокие показатели процесса, а именно большие энергозатраты.The disadvantages of the known method for producing isoprene should include insufficiently high process indicators, namely, large energy consumption.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в снижении энергозатрат.The technical result, to which the invention is directed, is to reduce energy consumption.

Указанный технический результат достигается заявленным способом получения изопрена, заключающимся в жидкофазном взаимодействии изобутилена и формальдегида или веществ, являющихся их источниками, например, 4,4-диметил-1,3-диоксана и триметилкарбинола, в присутствии водного раствора кислотного катализатора при повышенной температуре и давлении в реакционно-разделительном аппарате, включающем зону подвода тепла, зону контактирования, зону сепарации и контур циркуляции, с отбором продуктов реакции и балансового количества воды из зоны сепарации в виде парового потока с последующим охлаждением, конденсацией и разделением, выводом отсепарированного от высококипящих органических соединений жидкого потока водного раствора катализатора, без охлаждения, в реакционную зону реакционно-разделительного аппарата и выводом остатка жидкого потока на экстракцию с последующим возвратом в зону нагрева, причем давление в зонах контактирования и сепарации поддерживают выше, чем давление насыщенных паров воды, соответствующее температуре контактирования, при этом реакционно-разделительный аппарат содержит последовательные зоны сепарации: выходящий из зоны контактирования реакционный поток подают в первую зону сепарации, из которой паровой поток подают в газовую часть второй зоны сепарации со снижением давления на 0,05-0,4 МПа и последующим выводом на охлаждение и конденсацию, а жидкий поток подают в жидкостную часть этой же (второй) зоны, из которой отсепарированный от высококипящих органических соединений жидкий поток возвращают в реакционно-разделительный аппарат (30-70% от общего потока жидкой фазы), а оставшуюся часть жидкого потока направляют на охлаждение, экстракцию и рециркулируют в реакционно-разделительный аппарат.The specified technical result is achieved by the claimed method of producing isoprene, which consists in the liquid-phase interaction of isobutylene and formaldehyde or the substances that are their sources, for example, 4,4-dimethyl-1,3-dioxane and trimethylcarbinol, in the presence of an aqueous solution of an acid catalyst at elevated temperature and pressure in a reaction-separation apparatus, including a heat supply zone, a contact zone, a separation zone and a circulation loop, with the selection of reaction products and the balance amount of water from the se zone vaporization in the form of a steam stream, followed by cooling, condensation and separation, withdrawing the liquid stream of the aqueous solution of the catalyst separated from high boiling organic compounds, without cooling, into the reaction zone of the reaction separation apparatus and withdrawing the remainder of the liquid stream for extraction, followed by return to the heating zone, the pressure in the contacting and separation zones is maintained higher than the pressure of saturated water vapor corresponding to the contacting temperature, while the reaction section The heating apparatus contains successive separation zones: the reaction stream leaving the contacting zone is fed into the first separation zone, from which the steam stream is fed into the gas part of the second separation zone with a pressure decrease of 0.05-0.4 MPa and subsequent output to cooling and condensation, and the liquid stream is fed into the liquid part of the same (second) zone, from which the liquid stream separated from high boiling organic compounds is returned to the reaction separation apparatus (30-70% of the total liquid phase stream), and the remaining part The liquid stream is sent for cooling, extraction and recycled to the reaction separation apparatus.

При этом в реакционной зоне поддерживают температуру 140-180°C и давление 0,8-1,6 МПа, а в зоне сепарации давление 0,4-1,2 МПа.In this case, the temperature of 140-180 ° C and the pressure of 0.8-1.6 MPa are maintained in the reaction zone, and the pressure of 0.4-1.2 MPa in the separation zone.

Используемый реакционно-разделительный аппарат может содержать как минимум две последовательные сепарационные зоны для предварительного разделения фаз и избирательного дросселирования одной из фаз. Рабочие параметры последовательных сепарационных зон будут отличаться.The reaction separation apparatus used may contain at least two successive separation zones for preliminary phase separation and selective throttling of one of the phases. The operating parameters of successive separation zones will vary.

Дросселирование потока из первой сепарационной зоны во вторую может осуществляться с помощью клапана регулятора давления, либо другими возможными методами создания перепада давления между зонами (установка запорно-регулирующей арматуры, трубопроводов малого сечения, создающих сопротивление потоку, и т.п.)The throttling of the flow from the first separation zone to the second can be carried out using a pressure regulator valve or other possible methods of creating a pressure differential between the zones (installation of shut-off and control valves, small cross-section pipelines that create resistance to flow, etc.)

Подвод тепла в реакционную зону может осуществляться за счет внутренней поверхности теплообмена в зоне, либо с использованием выносных теплообменников и циркуляции реакционной массы через них.Heat can be supplied to the reaction zone due to the internal heat exchange surface in the zone, or using external heat exchangers and circulation of the reaction mass through them.

Перемешивание реакционной массы в реакционной зоне может осуществляться с использованием механического или естественного движения потоков (мешалки, циркуляционные насосы, естественное движение потоков за счет разности плотностей или разности уровней), путем установки массообменных устройств и насадок или другими возможными методами.Stirring the reaction mass in the reaction zone can be carried out using mechanical or natural flow movements (mixers, circulation pumps, natural flow movements due to density differences or level differences), by installing mass transfer devices and nozzles or other possible methods.

Способ получения изопрена по изобретению позволяет оптимизировать энергозатраты в реакционно-разделительном аппарате и значительно их снизить за счет рециркуляции части водного раствора катализатора без охлаждения и предотвращения избыточного испарения воды, поддерживая оптимальное давление в реакторе и сепарационных зонах.The method of producing isoprene according to the invention allows to optimize energy consumption in the reaction separation apparatus and significantly reduce them by recirculating part of the aqueous catalyst solution without cooling and preventing excessive evaporation of water, maintaining optimal pressure in the reactor and separation zones.

Пример 1.Example 1

Принципиальная схема установки для осуществления способа согласно изобретению приведена на фиг.1.Schematic diagram of the installation for implementing the method according to the invention is shown in figure 1.

Установка включает реактор 1, первую сепарационную зону 3, вторую сепарационную зону 4, холодильник-конденсатор 6, холодильник 8, емкость-отстойник 7, емкость-отстойник 9.The installation includes a reactor 1, a first separation zone 3, a second separation zone 4, a refrigerator-condenser 6, a refrigerator 8, a settling tank 7, a settling tank 9.

В трубную часть реактора 1, представляющего собой вертикальный кожухотрубчатый теплообменник, подают через распределительное устройство 21 т/ч сырья, содержащего 23 мас.% диметилдиоксана, 69 мас.% триметилкарбинола, 8 мас.% воды. Температуру в реакторе поддерживают 160°C. Туда же рециркулируют 4,5 т/ч 6%-ного водного раствора ортофосфорной кислоты из сепарационной зоны 4, что составляет 30% от суммарного рециркулируемого потока водного раствора кислотного катализатора, с температурой 160°C и 10,5 т/ч 6%-ного водного раствора ортофосфорной кислоты из емкости-отстойника 9 с температурой 45°C. Выходящий из реактора парожидкостный поток подают в сепарационную зону 3, откуда газовую фазу через клапан регулятора давления дросселируют в газовую часть сепарационной зоны 4. Пары продуктов реакции и непревращенного сырья, выходящие из сепарационной зоны 4, проходят холодильник-конденсатор 6, где они охлаждаются, конденсируются и поступают в емкость-отстойник 7, где расслаиваются на водный и органический слои. Давление в реакторе и сепарационной зоне 3 поддерживают 0,9 МПа. Давление в сепарационной зоне 4 поддерживают 0,85 МПа.In the pipe part of the reactor 1, which is a vertical shell-and-tube heat exchanger, 21 t / h of raw materials containing 23 wt.% Dimethyldioxane, 69 wt.% Trimethylcarbinol, 8 wt.% Water are fed through a switchgear. The temperature in the reactor is maintained at 160 ° C. There, 4.5 t / h of a 6% aqueous phosphoric acid solution are recycled from separation zone 4, which is 30% of the total recycled stream of an aqueous solution of an acid catalyst, with a temperature of 160 ° C and 10.5 t / h of 6% - aqueous phosphoric acid solution from the settling tank 9 with a temperature of 45 ° C. The vapor-liquid stream exiting the reactor is fed into the separation zone 3, from where the gas phase is throttled through the pressure regulator valve into the gas part of the separation zone 4. Vapors of the reaction products and unconverted raw materials leaving the separation zone 4 pass through the condenser-cooler 6, where they are cooled and condensed and enter the settling tank 7, where they are stratified into aqueous and organic layers. The pressure in the reactor and separation zone 3 is maintained at 0.9 MPa. The pressure in the separation zone 4 is maintained at 0.85 MPa.

Поток жидких продуктов, представляющий собой смесь водного раствора ортофосфорной кислоты и высококипящих побочных продуктов, выводят из сепарационной зоны 3 в сепарационную зону 4, где он расслаивается на водный и органический слои. Водный слой из сепарационной зоны 4 насосом 5 рециркулируют в реактор в количестве 4,5 т/ч. Органический слой, представляющий из себя смесь водного раствора ортофосфорной кислоты и высококипящих побочных продуктов, выводят через холодильник 8 с температурой 45°С в емкость-отстойник 9, предварительно смешивая с органическим слоем, выходящим из емкости-отстойника 7, для экстракции высококипящих побочных продуктов, где происходит расслаивание на органический и водный слои. Водный слой из емкости-отстойника 9 в количестве 10,5 т/ч рециркулируют в реактор.The liquid product stream, which is a mixture of an orthophosphoric acid aqueous solution and high boiling point by-products, is removed from separation zone 3 to separation zone 4, where it is separated into aqueous and organic layers. The aqueous layer from the separation zone 4 by pump 5 is recycled to the reactor in an amount of 4.5 t / h. The organic layer, which is a mixture of an orthophosphoric acid aqueous solution and high boiling point by-products, is discharged through a refrigerator 8 with a temperature of 45 ° C into a settling tank 9, previously mixed with an organic layer leaving a settling tank 7 to extract high boiling by-products, where the delamination into organic and aqueous layers occurs. The aqueous layer from the settling tank 9 in an amount of 10.5 t / h is recycled to the reactor.

Органический слой из емкости-отстойника 9 направляют на переработку для выделения изобутилена, изопрена, триметилкарбинола, пирановой фракции и побочных продуктов. После переработки получают изопрен 3,8 т/ч, изобутилен 7,7 т/ч, который направляют на гидратацию, триметилкарбинол 1,4 т/ч, пирановую фракцию 0,8 т/ч, которую направляют на термокаталитическое разложение, высококипящие побочные продукты 1,3 т/ч. Снижение потребления тепловой энергии относительно известного способа составляет 0,3 Гкал/т изопрена.The organic layer from the settling tank 9 is sent for processing to isolate isobutylene, isoprene, trimethylcarbinol, the pyran fraction and by-products. After processing, 3.8 t / h isoprene, 7.7 t / h isobutylene, which is sent for hydration, trimethylcarbinol, 1.4 t / h, pyran fraction 0.8 t / h, which are sent to thermocatalytic decomposition, high-boiling by-products 1.3 t / h The reduction in heat energy consumption relative to the known method is 0.3 Gcal / t of isoprene.

Пример 2.Example 2

В трубную часть реактора 1, представляющего собой вертикальный кожухотрубчатый теплообменник, подают через распределительное устройство 21 т/ч сырья, содержащего 23 мас.% диметилдиоксана, 69 мас.% триметилкарбинола, 8 мас.% воды. Температуру в реакторе поддерживают 160°C. Туда же рециркулируют 10,5 т/ч 6%-ного водного раствора ортофосфорной кислоты из сепарационной зоны 4, что составляет 70% от суммарного рециркулируемого потока водного раствора кислотного катализатора, с температурой 160°C и 4,5 т/ч 6%-ного водного раствора ортофосфорной кислоты из емкости-отстойника 9 с температурой 45°C. Выходящий из реактора парожидкостный поток подают в сепарационную зону 3, откуда газовую фазу через клапан регулятора давления дросселируют в газовую часть сепарационной зоны 4. Пары продуктов реакции и непревращенного сырья, выходящие из сепарационной зоны 4, проходят холодильник-конденсатор 6, где они охлаждаются, конденсируются и поступают в емкость-отстойник 7, где расслаиваются на водный и органический слои. Давление в реакторе и сепарационной зоне С-1 поддерживают 0,9 МПа. Давление в сепарационной зоне С-2 поддерживают 0,85 МПа.In the pipe part of the reactor 1, which is a vertical shell-and-tube heat exchanger, 21 t / h of raw materials containing 23 wt.% Dimethyldioxane, 69 wt.% Trimethylcarbinol, 8 wt.% Water are fed through a switchgear. The temperature in the reactor is maintained at 160 ° C. 10.5 t / h of a 6% aqueous phosphoric acid solution from separation zone 4 are recycled there, which is 70% of the total recycled stream of an aqueous solution of an acid catalyst, with a temperature of 160 ° C and 4.5 t / h of 6% - aqueous phosphoric acid solution from the settling tank 9 with a temperature of 45 ° C. The vapor-liquid stream exiting the reactor is fed into the separation zone 3, from where the gas phase is throttled through the pressure regulator valve into the gas part of the separation zone 4. Vapors of the reaction products and unconverted raw materials leaving the separation zone 4 pass through the condenser-cooler 6, where they are cooled and condensed and enter the settling tank 7, where they are stratified into aqueous and organic layers. The pressure in the reactor and separation zone C-1 support 0.9 MPa. The pressure in the separation zone C-2 support 0.85 MPa.

Поток жидких продуктов, представляющий собой смесь водного раствора ортофосфорной кислоты и высококипящих побочных продуктов, выводят из сепарационной зоны 3 в сепарационную зону 4, где он расслаивается на водный и органический слои. Водный слой из сепарационной зоны 4 насосом 5 рециркулируют в реактор в количестве 10,5 т/ч. Органический слой, представляющий из себя смесь водного раствора ортофосфорной кислоты и высококипящих побочных продуктов, выводят через холодильник 8 с температурой 45°C в емкость-отстойник 9, предварительно смешивая с органическим слоем, выходящим из емкости-отстойника 7, для экстракции высококипящих побочных продуктов, где происходит расслаивание на органический и водный слои. Водный слой из емкости-отстойника 9 в количестве 4,5 т/ч рециркулируют в реактор.The liquid product stream, which is a mixture of an orthophosphoric acid aqueous solution and high boiling point by-products, is removed from separation zone 3 to separation zone 4, where it is separated into aqueous and organic layers. The aqueous layer from the separation zone 4 by pump 5 is recycled to the reactor in an amount of 10.5 t / h. The organic layer, which is a mixture of an orthophosphoric acid aqueous solution and high boiling point by-products, is discharged through a refrigerator 8 with a temperature of 45 ° C to a settling tank 9, previously mixed with an organic layer leaving a settling tank 7 to extract high boiling by-products, where the delamination into organic and aqueous layers occurs. The aqueous layer from the settling tank 9 in an amount of 4.5 t / h is recycled to the reactor.

Органический слой из емкости-отстойника 9 направляют на переработку для выделения изобутилена, изопрена, триметилкарбинола, пирановой фракции и побочных продуктов. После переработки получают изопрен 3,8 т/ч, изобутилен 7,7 т/ч, который направляют на гидратацию, триметилкарбинол 1,4 т/ч, пирановую фракцию 0,8 т/ч, которую направляют на термокаталитическое разложение, высококипящие побочные продукты 1,3 т/ч. Снижение потребления тепловой энергии относительно известного способа составляет 0,5 Гкал/т изопрена.The organic layer from the settling tank 9 is sent for processing to isolate isobutylene, isoprene, trimethylcarbinol, the pyran fraction and by-products. After processing, 3.8 t / h isoprene, 7.7 t / h isobutylene, which is sent for hydration, trimethylcarbinol, 1.4 t / h, pyran fraction 0.8 t / h, which are sent to thermocatalytic decomposition, high-boiling by-products 1.3 t / h The reduction in heat energy consumption relative to the known method is 0.5 Gcal / t of isoprene.

Пример 3.Example 3

В трубную часть реактора 1, представляющего собой вертикальный кожухотрубчатый теплообменник, подают через распределительное устройство 21 т/ч сырья, содержащего 23 мас.% диметилдиоксана, 69 мас.% триметилкарбинола, 8 мас.% воды. Температуру в реакторе поддерживают 160°С. Туда же рециркулируют 7,5 т/ч 6%-ного водного раствора ортофосфорной кислоты из сепарационной зоны 4, что составляет 50% от суммарного рециркулируемого потока водного раствора кислотного катализатора, с температурой 160°C и 7,5 т/ч 6%-ного водного раствора ортофосфорной кислоты из емкости-отстойника 9 с температурой 45°C. Выходящий из реактора парожидкостный поток подают в сепарационную зону 3, откуда газовую фазу через клапан регулятора давления дросселируют в газовую часть сепарационной зоны 4. Пары продуктов реакции и непревращенного сырья, выходящие из сепарационной зоны 4, проходят холодильник-конденсатор 6, где они охлаждаются, конденсируются и поступают в емкость-отстойник 7, где расслаиваются на водный и органический слои. Давление в реакторе и сепарационной зоне 3 поддерживают 0,9 МПа. Давление в сепарационной зоне 4 поддерживают 0,85 МПа.In the pipe part of the reactor 1, which is a vertical shell-and-tube heat exchanger, 21 t / h of raw materials containing 23 wt.% Dimethyldioxane, 69 wt.% Trimethylcarbinol, 8 wt.% Water are fed through a switchgear. The temperature in the reactor is maintained at 160 ° C. 7.5 t / h of a 6% aqueous phosphoric acid solution from separation zone 4 are recycled there, which is 50% of the total recycled stream of an aqueous solution of an acid catalyst, with a temperature of 160 ° C and 7.5 t / h of 6% - aqueous phosphoric acid solution from the settling tank 9 with a temperature of 45 ° C. The vapor-liquid stream exiting the reactor is fed into the separation zone 3, from where the gas phase is throttled through the pressure regulator valve into the gas part of the separation zone 4. Vapors of the reaction products and unconverted raw materials leaving the separation zone 4 pass through the condenser-cooler 6, where they are cooled and condensed and enter the settling tank 7, where they are stratified into aqueous and organic layers. The pressure in the reactor and separation zone 3 is maintained at 0.9 MPa. The pressure in the separation zone 4 is maintained at 0.85 MPa.

Поток жидких продуктов, представляющий собой смесь водного раствора ортофосфорной кислоты и высококипящих побочных продуктов, выводят из сепарационной зоны 3 в сепарационную зону 4, где он расслаивается на водный и органический слои. Водный слой из сепарационной зоны 4 насосом 5 рециркулируют в реактор в количестве 7,5 т/ч. Органический слой, представляющий из себя смесь водного раствора ортофосфорной кислоты и высококипящих побочных продуктов, выводят через холодильник 8 с температурой 45°C в емкость-отстойник 9, предварительно смешивая с органическим слоем, выходящим из емкости-отстойника 7, для экстракции высококипящих побочных продуктов, где происходит расслаивание на органический и водный слои. Водный слой из емкости-отстойника 9 в количестве 7,5 т/ч рециркулируют в реактор.The liquid product stream, which is a mixture of an orthophosphoric acid aqueous solution and high boiling point by-products, is removed from separation zone 3 to separation zone 4, where it is separated into aqueous and organic layers. The water layer from the separation zone 4 by pump 5 is recycled to the reactor in an amount of 7.5 t / h. The organic layer, which is a mixture of an orthophosphoric acid aqueous solution and high boiling point by-products, is discharged through a refrigerator 8 with a temperature of 45 ° C to a settling tank 9, previously mixed with an organic layer leaving a settling tank 7 to extract high boiling by-products, where the delamination into organic and aqueous layers occurs. The water layer from the settling tank 9 in an amount of 7.5 t / h is recycled to the reactor.

Органический слой из емкости-отстойника 9 направляют на переработку для выделения изобутилена, изопрена, триметилкарбинола, пирановой фракции и побочных продуктов. После переработки получают изопрен 3,8 т/ч, изобутилен 7,7 т/ч, который направляют на гидратацию, триметилкарбинол 1,4 т/ч, пирановую фракцию 0,8 т/ч, которую направляют на термокаталитическое разложение, высококипящие побочные продукты 1,3 т/ч. Снижение потребления тепловой энергии относительно известного способа составляет 0,4 Гкал/т изопрена.The organic layer from the settling tank 9 is sent for processing to isolate isobutylene, isoprene, trimethylcarbinol, the pyran fraction and by-products. After processing, 3.8 t / h isoprene, 7.7 t / h isobutylene, which is sent for hydration, trimethylcarbinol, 1.4 t / h, pyran fraction 0.8 t / h, which are sent to thermocatalytic decomposition, high-boiling by-products 1.3 t / h The reduction in heat energy consumption relative to the known method is 0.4 Gcal / t of isoprene.

Пример 4.Example 4

Принципиальная схема установки для осуществления способа согласно изобретению приведена на фиг.2.Schematic diagram of the installation for implementing the method according to the invention is shown in figure 2.

Установка включает реактор 1, первую сепарационную зону 3, вторую сепарационную зону 4, в которой газовая и жидкостная части выполнены в отдельных аппаратах, холодильник-конденсатор 6, холодильник 8, емкость-отстойник 7, емкость-отстойник 9.The installation includes a reactor 1, a first separation zone 3, a second separation zone 4, in which the gas and liquid parts are made in separate devices, a refrigerator-condenser 6, a refrigerator 8, a settling tank 7, a settling tank 9.

В трубную часть реактора 1, представляющего собой вертикальный кожухотрубчатый теплообменник, подают через распределительное устройство 21 т/ч сырья, содержащего 23 мас.% диметилдиоксана, 69 мас.% триметилкарбинола, 8 мас.% воды. Температуру в реакторе поддерживают 165°C. Туда же рециркулируют 4,5 т/ч 6%-ного водного раствора ортофосфорной кислоты из сепарационной зоны 4, что составляет 30% от суммарного рециркулируемого потока водного раствора кислотного катализатора, с температурой 165°C и 10,5 т/ч 6%-ного водного раствора ортофосфорной кислоты из емкости-отстойника 9 с температурой 45°C. Выходящий из реактора парожидкостный поток подают в сепарационную зону 3, откуда газовую фазу через клапан регулятора давления дросселируют в газовую часть сепарационной зоны 4. Пары продуктов реакции и непревращенного сырья, выходящие из сепарационной зоны 4, проходят холодильник-конденсатор 6, где они охлаждаются, конденсируются и поступают в емкость-отстойник 7, где расслаиваются на водный и органический слои. Давление в реакторе и сепарационной зоне 3 поддерживают 1,2 МПа. Давление в сепарационной зоне 4 поддерживают 0,8 МПа.In the pipe part of the reactor 1, which is a vertical shell-and-tube heat exchanger, 21 t / h of raw materials containing 23 wt.% Dimethyldioxane, 69 wt.% Trimethylcarbinol, 8 wt.% Water are fed through a switchgear. The temperature in the reactor is maintained at 165 ° C. There, 4.5 t / h of a 6% aqueous phosphoric acid solution are recycled from separation zone 4, which is 30% of the total recycled stream of an aqueous solution of an acid catalyst, with a temperature of 165 ° C and 10.5 t / h of 6% - aqueous phosphoric acid solution from the settling tank 9 with a temperature of 45 ° C. The vapor-liquid stream exiting the reactor is fed into the separation zone 3, from where the gas phase is throttled through the pressure regulator valve into the gas part of the separation zone 4. Vapors of the reaction products and unconverted raw materials leaving the separation zone 4 pass through the condenser-cooler 6, where they are cooled and condensed and enter the settling tank 7, where they are stratified into aqueous and organic layers. The pressure in the reactor and separation zone 3 is maintained at 1.2 MPa. The pressure in the separation zone 4 is maintained at 0.8 MPa.

Поток жидких продуктов, представляющий собой смесь водного раствора ортофосфорной кислоты и высококипящих побочных продуктов, выводят из сепарационной зоны 3 в сепарационную зону 4, где он расслаивается на водный и органический слои. Водный слой из сепарационной зоны 4 насосом 5 рециркулируют в реактор в количестве 4,5 т/ч. Органический слой, представляющий из себя смесь водного раствора ортофосфорной кислоты и высококипящих побочных продуктов, выводят через холодильник 8 с температурой 45°C в емкость-отстойник 9, предварительно смешивая с органическим слоем, выходящим из емкости-отстойника 7, для экстракции высококипящих побочных продуктов, где происходит расслаивание на органический и водный слои. Водный слой из емкости-отстойника 9 в количестве 10,5 т/ч рециркулируют в реактор.The liquid product stream, which is a mixture of an orthophosphoric acid aqueous solution and high boiling point by-products, is removed from separation zone 3 to separation zone 4, where it is separated into aqueous and organic layers. The aqueous layer from the separation zone 4 by pump 5 is recycled to the reactor in an amount of 4.5 t / h. The organic layer, which is a mixture of an orthophosphoric acid aqueous solution and high boiling point by-products, is discharged through a refrigerator 8 with a temperature of 45 ° C to a settling tank 9, previously mixed with an organic layer leaving a settling tank 7 to extract high boiling by-products, where the delamination into organic and aqueous layers occurs. The aqueous layer from the settling tank 9 in an amount of 10.5 t / h is recycled to the reactor.

Пример 5.Example 5

В трубную часть реактора 1, представляющего собой вертикальный кожухотрубчатый теплообменник, подают через распределительное устройство 21 т/ч сырья, содержащего 23 мас.% диметилдиоксана, 69 мас.% триметилкарбинола, 8 мас.% воды. Температуру в реакторе поддерживают 165°C. Туда же рециркулируют 10,5 т/ч 6%-ного водного раствора ортофосфорной кислоты из сепарационной зоны 4, что составляет 70% от суммарного рециркулируемого потока водного раствора кислотного катализатора, с температурой 165°C и 4,5 т/ч 6%-ного водного раствора ортофосфорной кислоты из емкости-отстойника 9 с температурой 45°C. Выходящий из реактора парожидкостный поток подают в сепарационную зону 3, откуда газовую фазу через клапан регулятора давления дросселируют в газовую часть сепарационной зоны 4. Пары продуктов реакции и непревращенного сырья, выходящие из сепарационной зоны 4, проходят холодильник-конденсатор 6, где они охлаждаются, конденсируются и поступают в емкость-отстойник 7, где расслаиваются на водный и органический слои. Давление в реакторе и сепарационной зоне 3 поддерживают 1,2 МПа. Давление в сепарационной зоне 4 поддерживают 0,8 МПа.In the pipe part of the reactor 1, which is a vertical shell-and-tube heat exchanger, 21 t / h of raw materials containing 23 wt.% Dimethyldioxane, 69 wt.% Trimethylcarbinol, 8 wt.% Water are fed through a switchgear. The temperature in the reactor is maintained at 165 ° C. 10.5 t / h of a 6% aqueous solution of phosphoric acid from separation zone 4 are recycled there, which is 70% of the total recycled stream of an aqueous solution of an acid catalyst, with a temperature of 165 ° C and 4.5 t / h of 6% - aqueous phosphoric acid solution from the settling tank 9 with a temperature of 45 ° C. The vapor-liquid stream exiting the reactor is fed into the separation zone 3, from where the gas phase is throttled through the pressure regulator valve into the gas part of the separation zone 4. Vapors of the reaction products and unconverted raw materials leaving the separation zone 4 pass through the condenser-cooler 6, where they are cooled and condensed and enter the settling tank 7, where they are stratified into aqueous and organic layers. The pressure in the reactor and separation zone 3 is maintained at 1.2 MPa. The pressure in the separation zone 4 is maintained at 0.8 MPa.

Пример 6.Example 6

В трубную часть реактора 1, представляющего собой вертикальный кожухотрубчатый теплообменник, подают через распределительное устройство 21 т/ч сырья, содержащего 23 мас.% диметилдиоксана, 69 мас.% триметилкарбинола, 8 мас.% воды. Температуру в реакторе поддерживают 165°C. Туда же рециркулируют 7,5 т/ч 6%-ного водного раствора ортофосфорной кислоты из сепарационной зоны 4, что составляет 50% от суммарного рециркулируемого потока водного раствора кислотного катализатора, с температурой 165°C и 7,5 т/ч 6%-ного водного раствора ортофосфорной кислоты из емкости-отстойника 9 с температурой 45°C. Выходящий из реактора парожидкостный поток подают в сепарационную зону 3, откуда газовую фазу через клапан регулятора давления дросселируют в газовую часть сепарационной зоны 4. Пары продуктов реакции и непревращенного сырья, выходящие из сепарационной зоны 4, проходят холодильник-конденсатор 6, где они охлаждаются, конденсируются и поступают в емкость-отстойник 7, где расслаиваются на водный и органический слои. Давление в реакторе и сепарационной зоне 3 поддерживают 1,2 МПа. Давление в сепарационной зоне 4 поддерживают 0,8 МПа.In the pipe part of the reactor 1, which is a vertical shell-and-tube heat exchanger, 21 t / h of raw materials containing 23 wt.% Dimethyldioxane, 69 wt.% Trimethylcarbinol, 8 wt.% Water are fed through a switchgear. The temperature in the reactor is maintained at 165 ° C. 7.5 t / h of a 6% aqueous phosphoric acid solution from separation zone 4 are recycled there, which is 50% of the total recycled stream of an aqueous solution of an acid catalyst, with a temperature of 165 ° C and 7.5 t / h of 6% - aqueous phosphoric acid solution from the settling tank 9 with a temperature of 45 ° C. The vapor-liquid stream exiting the reactor is fed into the separation zone 3, from where the gas phase is throttled through the pressure regulator valve into the gas part of the separation zone 4. Vapors of the reaction products and unconverted raw materials leaving the separation zone 4 pass through the condenser-cooler 6, where they are cooled and condensed and enter the settling tank 7, where they are stratified into aqueous and organic layers. The pressure in the reactor and separation zone 3 is maintained at 1.2 MPa. The pressure in the separation zone 4 is maintained at 0.8 MPa.

Показатели примеров осуществления предлагаемого способа сведены в таблицу.The performance examples of the proposed method are summarized in table.

ТаблицаTable №No. Показатели процесса получения изопренаIndicators of the process of obtaining isoprene ПримерExample 1one 22 33 4four 55 66 1one Подача сырья, т/чFeed rate, t / h 2121 2121 2121 2121 2121 2121 22 Температура в реакторе, °СThe temperature in the reactor, ° C 160160 160160 160160 165165 165165 165165 33 Давление в реакторе, МПаThe pressure in the reactor, MPa 0,90.9 0,90.9 0,90.9 1,21,2 1,21,2 1,21,2 4four Давление в сепарационной зоне 4, МПаPressure in the separation zone 4, MPa 0,850.85 0,850.85 0,850.85 0,80.8 0,80.8 0,80.8 55 Вывод кислотного катализатора из сепарационной зоны 4, т/чThe output of the acid catalyst from the separation zone 4, t / h 4,54,5 10,510.5 7,57.5 4,54,5 10,510.5 7,57.5 66 Вывод кислотного катализатора из емкости-отстойника Е-2, т/чThe output of the acid catalyst from the tank-sump E-2, t / h 10,510.5 4,54,5 7,57.5 10,510.5 4,54,5 7,57.5 77 Удельное снижение потребления тепловой энергии, относительно известного способа, Гкал/т изопренаSpecific reduction in heat energy consumption, relative to the known method, Gcal / t of isoprene 0,30.3 0,50.5 0,40.4 0,30.3 0,50.5 0,40.4 88 Выработка изопрена, т/чIsoprene production, t / h 3,83.8 3,83.8 3,83.8 3,83.8 3,83.8 3,83.8

Claims

A method of producing isoprene by liquid-phase interaction of isobutylene and formaldehyde or substances that are their sources, for example, 4,4-dimethyl-1,3-dioxane and trimethylcarbinol, in the presence of an aqueous solution of an acid catalyst at a temperature of 140-180 ° C and a pressure of 0.8 -1.6 MPa in a reaction separation apparatus including a heat supply zone, a contact zone, successive separation zones, a circulation loop of the reaction mixture with selection of reaction products and the balance amount of water from the separation zone in the form of a steam stream followed by cooling, condensation and separation, withdrawing the liquid stream of the aqueous catalyst solution for extraction and then returning to the heating zone, the pressure in the reaction zone being maintained higher than the pressure of saturated water vapor corresponding to the temperature in the reaction zone, characterized in that the pressure in the zones separation is maintained higher than the pressure of saturated water vapor, corresponding to the contact temperature, while the reaction stream exiting the contact zone is directed to the first sep zone without throttling, from which the vapor stream enters the gas part of the second separation zone with a pressure drop of 0.05-0.4 MPa, followed by cooling and condensation, and the liquid stream from the first separation zone is sent to the liquid part of the second separation zone, from which 30-70% of the liquid stream separated from high boiling organic compounds is returned to the reaction separation apparatus, and the rest of the liquid stream is sent for cooling, extraction, and recycled to the reaction separation apparatus.